“W”型火焰锅炉烟煤掺烧试验研究

王希寰 WANG Xi-huan

（大唐华银金竹山火力发电分公司，冷水江 417505）

摘要：分析某火电厂设计为无烟煤“W”火焰锅炉在进行烟煤掺配实践中存在的问题，总结掺配烟煤运行的调整规律和经济指标的控制方法。

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关键词： W火焰锅炉；烟煤；燃烧；飞灰可燃物

中图分类号：U459.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0116-04

作者简介：王希寰（1970－），男，湖南娄底人，本科，工程师，主要从事电厂锅炉燃烧技术研究和节能管理工作。

0 引言

烟煤具有挥发份高、热值高、灰份低的特点，在工业分析指标上与本地无烟煤能形成较好的互补，然而不考虑可磨性、灰熔点、具体燃烧特性（这类指标火电厂日常通常不具备试验条件），不加区分的开展烟煤与无烟煤掺混，有可能导致锅炉飞灰上升、结焦、燃烧不稳、制粉系统自燃爆炸等问题，本试验研究是针对设计燃烧劣质无烟煤的W火焰锅炉锅炉掺烧烟煤所展的运行规律的探索。

1 设备概况

金竹山火力发电分公司１、２号炉为东方锅炉股份公司DG2030/17.6-Ⅱ3型亚临界参数、自然循环、双拱炉膛、中间一次再热、尾部双烟道、平衡通风、露天布置、全钢结构、全悬吊结构、固态排渣、“W”火焰锅炉。燃烧设备采用双拱绝热炉膛、双旋风煤粉燃烧器。燃烧器错列对称布置于炉膛下部的炉拱上，前、后各18只，与之配套的是6台上海重型机器厂生产的BBD4366型双进双出钢球磨煤机。锅炉设计煤种参数及主要设计运行参数分别见表1和表2。

2 低负荷稳燃烟煤掺配基本形式

对“w”火焰锅炉燃烧规律性认识：①特有的燃烧器布置形式（图1），决定了煤粉在燃烧器喷口的着火受左、右相邻燃烧器火焰支持要强于前后拱对应燃烧器的影响，即单只燃烧器着火不好会对左、右侧相邻燃烧器的煤粉着火造成较大影响，脱火易沿炉膛左右方向扩展。②在炉膛发生局部区域灭火前，该区域煤粉本身的着火条件已趋向恶化，才在外界条件扰动下，造成燃煤器根部呈现区域脱火的连锁反映。即单只燃烧器的着火稳定性虽会对炉膛压力造成影响，并不一定形成局部失火。③炉膛发生局部煤粉熄灭时，失火燃烧器具有以制粉系统为单位成组燃烧器熄火规律，即通常首先在工况较差的制粉系统所对应的燃烧器喷口根部出现恶化然后蔓延。

根据以上规律认识，根据图1“双进双出磨煤机与燃烧器匹配关系”低负荷掺配烟煤稳燃按以下原则进行：

①烟煤一般掺配在Ｂ\Ｅ磨，以此方式将在炉膛前、后、左、右位置均匀形成若干稳燃中心，当炉内发生局部燃烧恶化现象时，可通过燃烧状况较好的燃烧器火焰将其失火区域限制在有限区域并重新引燃。这样可能以较少的烟煤比例达到全炉膛稳定的目的，最大限度减少高价外省烟煤的消耗比例，阶梯型配煤较好满足了掺配煤经济安全的总体要求。

②鉴于炉内局部燃烧不稳对炉膛压力和相邻燃烧器煤粉着火的影响，在全炉膛范围内不应存在着火极差的区域。即在部分磨煤机掺配烟煤条件，其它磨煤机也不应有极端劣质的煤种进入，否则应进行必要的掺配，保证其热值不低于经验的下限值（Ｑnet.ar14000kJ/kg，灰分Aad不高于50%）。

③机组深度调峰（200ＭＷ）时，因客观上运行燃烧器较少，运行燃烧器相距较远，其着火稳定性必须依靠投入独立燃烧器自身稳定性，故一般采取四台磨运行，按两种比例同时进行烟煤掺配。图2为两台磨烟纯煤、两台磨2:1烟煤掺配本地煤方案掺配的机组深度调峰情况。

3 掺配烟煤条件下磨煤机出口温度的控制

根据行业标准，磨煤机的选型和运行技术标准均依据具体煤种而定，磨煤机的出口温度应根据防爆和系统运行要求确定。磨煤机出口温度不应超过表3所列数值。

目前行业标准，并未针对掺配烟煤的混合煤制定磨煤机出口温度控制标准（表4），如果混煤按烟煤标准进行磨煤机出口温度的控制，在实际运行中将受制于设备设计条件而无法执行，同时还将增加锅炉无效送风，导致排烟损失增加。根据长期掺配烟煤的实践经验总结，以掺配后混煤挥发份为参照，制定不同比例烟煤的磨煤机出口温度控制标准和运行原则要求，经过长时间运行实践的检验控制标准见表4，能有效的防范的烟煤的自燃与爆炸。

①一般烟煤只掺配入Ｂ\Ｅ磨，这两台磨煤机不允许停运燃烧器，停磨时必须吹空。

②一次风速保持在20m/s以上，当因断煤等特殊原因磨煤机风温不能兼顾时，应适当以较高的一次风速（25m/s）以上防止制粉系统的自燃爆炸。

③通过燃烧器平台测温确定一次风速是否偏低。

以上标准能满足湘中地区无烟煤与外省各种烟煤在双进双出直吹式制粉系统掺配后的防爆要求，具有可操作和可靠性。

4 掺配烟煤造成飞灰异常分析

2014年6～7月#１炉飞灰可燃物发生异常，普遍达到5～7%，最高达10～12%，通过配风调整、制粉系统调整、煤粉细度调整均未发现根本原因，配煤方案为烟煤、贫煤与本地煤掺配，掺配方案见表5，此为长期执行的成熟方案，以常规判断应有利于煤粉的迅速着火和燃尽，不应存在难着火、难燃尽、过热器超温现象和导致飞灰可燃物的上升的理由，然而实际却均客观存在。

通过分析图三“锅炉出口NOX历史数据”、表6“机组历史数据”，表7“掺配煤历史数据”从减温水流量的异常偏小和NOＸ浓度偏低仍发现与煤种相关的线索，通过历史数据进行分析，判断与兰州金轮烟煤和部分陕西秦煤具有高度相关性。

通过向研究机构咨询，两种烟煤所具有的燃烧特性包括：①灰熔点低，对炉膛粘污性强，易结焦。造成下炉膛吸热不足，受热面超温、SCR进口烟温高。②可磨性系统数低，煤粉均匀性差，导致飞灰升高。③挥发分含量高，抢风能力强，影响本地煤无烟煤的着火、燃烧，加剧了火焰上稳、受热面超温、烟煤升高、飞灰可燃物升高等问题。改换煤种后，问题得到解决。故暂停以此烟煤作为高负荷掺配煤种，此烟煤不与贫煤和晋城无烟煤混掺，锅炉飞灰恢复到正常范围3～4%烟煤与本地煤进行掺配不仅考虑其着火特性，应考虑其它方面特性，烟煤与无烟煤掺配并不都能起到互补作用，要防止掺配煤种间劣势的叠加。

5 掺配烟（贫）煤条件下导致低负荷不稳分析

通过分析图4“炉膛出口烟温与汽包水位历史曲线”、表8“进煤数据”，2014年11月在掺配贫煤和烟煤的条件下，锅炉连续发生5次低负荷燃烧不稳，从掺配方案分析烟煤、贫煤比例已超过正常标准，掺配所用烟煤、贫煤均曾有使用记录。在提高烟煤、贫煤比例后，仍然低负荷燃烧不稳，调整无效。分析现象存在一定规律性，发生燃烧不稳时，伴随以下现象：

①炉膛出口烟温较正常值低约30～50℃。

②发生燃烧不稳时，通常是炉膛两侧出口烟温的不稳定变化，一侧烟温下降较明显，　同时伴随着烟温低侧火检强度弱，大屏发生超温、火焰电视黑屏、汽包水位出现明显左右偏差。

③投油、配风调整无效，比较有效的调节方法是提高机组2～3万负荷。

从上述现象，分析为炉膛温度接近掺配后煤种的实际着火临界水平，在区域煤粉熄灭后导致火焰收缩变形，着火条件进一步恶化，能较好解释存在的以上运行现象。核实掺配烟煤、贫煤的进煤时间记录（图5）与燃烧不稳存在时间上的关联性，判断用于稳燃的烟煤、贫煤燃烧特性与本地部分煤种不匹配，改变掺配方案后，问题得到解决。